能源與環保

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能源與環保

日本開發出無需加壓即可使用的全固體鋰離子電池

日本日立造船株式會社開發出了使用硫化物固體電解質的全固體鋰離子二次電池，可廣泛應用于電動汽車、醫療、航天、海洋工程等領域。

目前，主流的鋰離子二次電池采用有機液體電解質，在耐久性及安全性方面存在問題。而此前的全固體鋰離子二次電池為了保持固體電解質材料顆粒間的離子傳導性，必須在機械加壓狀態下進行充放電。日立造船開發的新型電池憑借自主研發的薄層成膜技術和加壓成型技術，提高了材料顆粒間的離子傳導性，實現了無需機械加壓的電池充放電。該電池的主體部分呈厚度約0.3mm的扁平形狀，電解質為固體，不具備流動性，因此，電池可實現多層化、小型化。室溫充放電循環試驗結果顯示，其100次充放電的容量保持率達到98%，400次充放電的容量保持率達到96%。在普通使用情況下，其可在約7年內確保90%以上的容量保持率，使用溫度范圍為-40℃～100℃。目前，日立造船已試制出了100mm×100mm×0.3mm（不含外裝）大小的薄膜電池，正在進行評測。該電池還被日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）列為“革新性蓄電池技術實現項目”，并參與了將私營企業技術應用于航空、航天領域的活動。

(日經)

中國科學院大連化學物理研究所、復旦大學的研究人員創造性地直接采用煤氣化產生的合成氣，高選擇性地一步反應獲得了低碳烯烴，摒棄了高水耗和高能耗的水煤氣變換制氫過程，獲得了煤化工領域里程碑式的重大突破。

中科院鋅溴液流電池電極材料研究獲突破

中國科學院大連化學物理研究所的研究人員在鋅溴液流電池電極材料研究方面取得新進展。研究人員開發出了高度有序的介孔碳正極材料，用其組裝的單電池能量效率超過80%，突破了低功率密度的制約瓶頸，有助于我國儲能電池產業的健康發展。

鋅溴液流電池具有理論能量密度高、電解液成本低等優點，在風電、光伏電站等大規模儲能領域具有較好的應用前景。為提高Br2/ Br-電堆的反應速率，進一步提高鋅溴液流電池的功率密度，研究人員通過結構設計，開發出了這種高度有序的介孔碳正極材料，并將其應用于鋅溴液流電池。該電極材料為Br2/Br-電堆的反應提供了更多的活性位點，提高了其反應動力學速率。同時，其高度有序的孔結構可有效減小溴的擴散阻力。用其組裝的單電池在80mA/cm2的電流密度下運行，能量效率超過80%，突破了低功率密度的制約瓶頸，為高功率密度、低成本的鋅溴液流電池開發打下了良好的基礎。

(大化物)

我國煤化工研究獲里程碑式突破煤制烯烴將告別高耗水

與傳統的費托反應過程不同，研究人員以部分還原的復合氧化物作為催化劑，CO分子在催化劑氧缺陷位上吸附并解離，氣相氫分子選擇性地與解離生成的C原子反應生成亞甲基自由基，而催化劑表面CO解離生成的氧原子傾向于與另一個CO反應，形成CO2。亞甲基自由基不在催化劑表面停留或發生表面聚合反應，而是迅速進入分子篩孔道，在孔道限域環境中進行擇形偶聯反應，定向生成低碳烯烴。該過程以CO替代H2來消除烴類形成過程中多余的氧原子，在不改變CO2總排放的情況下，摒棄了水煤氣變換反應，開創了一條低耗水進行煤轉化的途徑。同時，該過程將氧化物催化劑與分子篩復合，實現了CO活化和中間體偶聯等兩種催化活性中心的有效分離，把費托反應過程中隨機生長的自由基控制在分子篩里，使其變成低碳烯烴，破解了傳統催化反應中活性與選擇性此長彼消的難題，為高效催化劑和催化反應過程的設計提供了思路。

目前，該項研究成果已申報我國發明專利和國際PCT專利，對國家能源安全和資源環境保護具有重要意義。

(W.XH)

美國設計出可折疊、模塊化風機葉片

由美國弗吉尼亞大學、伊利諾斯大學、科羅拉多大學、科羅拉多礦業大學、國家可再生能源實驗室和桑迪亞國家實驗室的研究人員組成的聯合研究團隊設計出了一種可折疊、模塊化的風機葉片，可應用于海上大型發電風機輪組。該設計被稱為“分段超輕變形風輪”，其按照下風向進行安裝，在惡劣天氣條件下可以折疊起來，能夠在實現最大葉片長度的同時實現輕量化，其分段設計可使葉片在現場進行組裝。當折疊式葉片達到最大長度時，在海風的吹動下，其峰值功率可達50MW。此外，該設計擁有應對惡劣天氣的能力，在遭受大風時能夠順風變形彎曲，在颶風中能夠完全收起，將受影響程度降至最低。目前，研究團隊已獲得了美國先進能源研究計劃局（ARPA-E）的資助，并將進一步推動該設計的商業化應用。

(W.CB)

新型無線電力傳輸系統可隔空高效充電

俄羅斯圣彼得堡大學的研究人員推出了一種新的無線電力傳輸（WPT）系統，可在距離20cm內保持80%的電力傳輸效率，且其傳輸效率隨著距離增加衰減極小，可用于需要隔空進行無線充電的領域。

據了解，該WPT系統基于共振耦合原理，在同一頻率的線圈共振條件下，一個共振銅線圈可以轉移能量到另一個二次諧振的銅線圈。由于磁場對包括人體在內的大多數其它對象耦合作用較弱，故WPT系統使用磁場耦合，以減少意外相互作用。研究人員通過兩種方法減少了電力傳輸中的功率損耗，從而提高了該WPT系統的效率：首先，用“高介電常數且低損耗介質諧振器”取代傳統的銅圈；其次，與通常使用的磁偶極子模式不同，研究人員采用了磁四極模式，減少了輻射損耗。

未來，研究人員將進一步提高WPT系統的效率，并減小諧振器的體積，以推進實際應用。(KX.0206)

中核集團首次實現3D打印核燃料元件制造

2016年1月9日，利用3D打印技術制造的CAP1400自主化燃料原型組件下管座在中核北方核燃料元件有限公司打印完成，標志著國內首次實現了3D打印技術在核燃料元件制造領域的應用。該技術如果實現批量生產，將有利于節約人力，提高核燃料元件的質量，并有望實現部分進口元件的國產化。

中核北方核燃料元件有限公司基于“智能制造”理念，提出了將3D打印技術應用于核燃料元件制造的課題，并實現了核燃料元件制造與3D打印的“聯姻”，為3D打印在核燃料元件制造業的廣泛應用奠定了基礎。該公司使用的3D打印設備為SLM-S300激光成型設備，在鋪粉精密成形方面具有很大的優勢，在對設備成形質量進行檢測后，還將進行星形架、格架及測高儀零部件等復雜零件的3D打印。

(中核)

受傳統鈉離子電池的啟發，美國伊利諾伊大學的研究人員研制出了類似電池的海水淡化裝置，能夠以最小的能量實現約80%的淡化率，未來或可實現質高價廉的海水淡化新技術。

美國研發高效海水淡化裝置效率可達80%

研究人員基于鈉離子電池原理開發的裝置僅用少量電即可把鹽離子從海水中分離出來。鈉離子電池中正極和負極兩個腔室中有一個隔板，離子可以從中流過。當電池放電時，鈉離子和氯離子被吸引到一個腔室中，淡化的水則留在另一個腔室中。研究人員在兩個電極之間加入了一層膜，可阻止鹽離子進入淡化水的一邊，保持其淡化狀態。模擬研究顯示，若不考慮其它污染物，該裝置淡化海水的效率可達到80%。此外，與反滲透法相比，該裝置可大可小，可在不同地方應用，水流速度較易調整，且水泵所需通過的壓力要小得多，消耗的能量更少。

(KJ.0215)

我國核電自主化實現重大技術突破

由中國廣核電力股份有限公司自主研發設計的4組STEP-12核燃料組件和4組CZ鋯合金樣品管組件正式裝入嶺澳核電站二期1號機組，隨反應堆進行輻照考驗。這標志著中廣核電力公司已全面掌握核燃料組件的研究、設計、制造、試驗技術，表明我國核電企業在核電自主化領域取得重大技術突破，對未來提高我國核電機組的經濟性、支撐我國核電“走出去”等方面具有重大意義。

據介紹，STEP-12核燃料組件和CZ鋯合金研制項目是中國廣核集團有限公司“十二五”期間的重大戰略專項科研項目，也是國家核

能開發項目的重要組成部分。在設計過程中，STEP-12核燃料組件和CZ鋯合金充分借鑒了中廣核電力公司現有的核燃料組件運行和制造經驗，通過開展單項技術攻關，實現了在設計、驗證、加工制造、材料等多個環節的重大突破，并獲得了優良的堆外試驗性能。STEP-12核燃料組件和CZ鋯合金不僅可用于我國現役的二代改進型CPR1000核電機組，也可用于我國自主研發設計的“華龍一號”第三代核電堆型。 (GM.0218)

中科院液流電池非氟多孔離子傳導膜研究獲進展

中國科學院大連化學物理研究所的研究人員在液流電池非氟多孔離子傳導膜研究方面取得系列進展。研究人員通過研究證實：構建交聯網絡結構可以有效提高膜的選擇性和穩定性，同時，將交聯網絡結構引入到非氟多孔離子傳導膜孔結構中，可大幅提高非氟多孔離子傳導膜在液流電池運行環境下的選擇性和穩定性，所開發的膜材料在液流電池環境下連續運行超過6000個循環，性能仍可保持穩定。

研究人員突破了傳統的“離子交換傳遞”機理的束縛，原創性地提出了“不含離子交換基團”的“離子篩分傳導”概念，將多孔離子傳導隔膜引入到液流電池中，并在此基礎上圍繞高性能多孔離子傳導膜結構設計，開展了大量研究工作。為了解決非氟多孔離子傳導膜選擇性與導電性的矛盾，進一步提高非氟多孔離子傳導膜的性能，研究人員通過組分和結構設計優化，成功開發出了高選擇性、高導電性、低成本的非氟多孔離子傳導膜；采用所開發膜材料組裝的單電池在80mA/cm2充放電條件下，能量效率超過90%，而且，經過10000余次充放電循環考察，電池性能無明顯衰減，表現出了優異的穩定性。

該項研究工作對全釩液流電池的發展具有長遠的意義。

(W.KY)

日本理化學研究所的研究人員利用重離子加速器，成功提取出了放射性廢棄物的主要成分銫-137和鍶-90的不穩定核射束，在世界上首次獲得了核散裂反應的相關數據。

日本找到放射性廢棄物處理新方法

目前，處理核電站所產生的放射性廢棄物是世界性難題。為了解決放射性廢棄物問題，需把長壽的放射性核素有效轉換為穩定核素或短壽核素，開發出減弱放射能的方法，而取得核反應數據是開發這一方法的基礎。日本理化學研究所的研究人員發現，銫-137（半衰期30.1年）和鍶-90（半衰期28.8年）的熱中子捕獲反應很難進行核轉換。他們利用重離子加速器以銫-137和鍶-90射束照射質子和氚核標靶的逆反應法取得了相關數據。實驗結果顯示，銫-137和鍶-90射束照射質子和氚核引起散裂反應的概率與熱中子捕獲反應相比，銫-137約為4倍，鍶-90約為100倍。氚核與質子相比，發生散裂反應的概率約為2倍，亦有使射束核素變輕的能力。這意味著在散裂反應法中不僅可使用質子，也可使用氘核束。研究人員還發現，反應后的原子核為穩定核或半衰期為1年以下的短壽命核的概率，銫-137為89%，鍶-90為96%。

該研究成果有望大幅降低高放射性核廢棄物的危害，使之變成有用的資源。

(科日)